Nové laboratoře pro aplikovaný výzkum v Ústavu přístrojové techniky AV ČR

Ústav přístrojové techniky AV ČR je významným brněnským pracovištěm působícím na poli teoretického, experimentálního i aplikovaného výzkumu v oblastech elektronové mikroskopie, nukleární magnetické rezonance, zpracování biosignálů, speciálních technologií a laserové metrologie. Za více než 50 let existence dosáhl mnoha vědeckých úspěchů a dnes patří mezi výzkumná pracoviště s celosvětovým významem. Nezůstává však pouze u vědeckých trofejí: důkazem je získání téměř půlmiliardové dotace z evropských fondů na vybudování nových aplikačních laboratoří.


Všechna fota: Archiv ÚPT AV ČR
Architektonický návrh budovy ALISI, Aplikační laboratoře Ústavu přístrojové techniky AV ČR. Návrh pochází z dílny Musil, Hybská – architektonický atelier, s. r. o.

ÚPT vznikl v roce 1957 jako instituce zajišťující přístrojové vybavení pro ostatní ústavy tehdejší Československé akademie věd a od samého počátku patřil mezi špičková pracoviště svého oboru. Pracovníci ÚPT vynikali zejména kombinací fyzikálních pří­-stupů s inženýrskou precizností a praktičností.

Počátky existence ústavu jsou spojovány s konstrukcemi prvních elektronových mikroskopů. Nástup zařízení s ultravysokým vakuem si již v roce 1968 v ÚPT vyžádal vývoj zařízení pro svařování materiálů elektronovým svazkem – prvního v tehdejším Československu. Toto zařízení umožňuje svařit materiály nebo jejich kombinace jinou metodou nesvařitelné. Zdařilý byl také projekt dodnes využívaného elektronového litografu, který pracuje s autoemisní tryskou a tvarovaným elektronovým svazkem a jenž byl zahájen koncem 70. let. Významných úspěchů od počátku dosahují i pracovníci oboru Koherenční optiky. V roce 1963, tj. necelé dva roky od objevu ve světě a v době, kdy vědci technologii výroby ještě nezveřejnili, byl v ÚPT postaven HeNe laser. Jeho následující vývoj vedl až k vytvoření československého laserového subnormálu délek, používaného v 70. letech v československých metrologických institucích, jenž se uplatnil i ve strojírenství.


Sestava pro optické třídění mikroobjektů pomocí laserového světla.

Z novějších úspěchů ÚPT je třeba zmínit oblasti optických mikromanipulací a laserových mikroablací využitelných např. k prostorové manipulaci s organickými i anorganickými mikroobjekty a vnitrobuněčnými strukturami. Významné je také světové prvenství z roku 2001, kdy pracovníci oboru elektronové optiky zhotovili multivrstvé rentgenové zrcadlo s rezonanční absorpcí, které se používá jako analyzátor při rentgenovém zobrazování biologických preparátů fázovým kontrastem v tmavém poli. Další unikátní výsledky přinášejí mikroskopie velmi pomalými elektrony v rastrovacím mikroskopu a také práce v oboru environmentální elektronové mikroskopie.
Významným předpokladem úspěchů ÚPT vždy byla a stále je spolupráce s institucemi a firmami, které metodologické práci ústavu přinášejí aktuální úkoly k řešení a dokáží výsledky výzkumu a vývoje aplikovat ve své působnosti.


Návrh pater nové budovy

V současnosti jsou hlavními oblastmi výzkumu v ÚPT magnetická rezonance, elektronová mikroskopie a mikroanalýza, využití laserů, měření a zpracování biosignálů, konstrukce a zdokonalování vědeckých přístrojů a jejich částí a rozvoj speciálních technologií. Rozsáhlé pole působnosti ústavu umožňuje synergii mezi jednotlivými výzkumnými programy a nabízí široké možnosti spolupráce s aplikačními partnery, avšak vyžaduje také přiměřené technické a prostorové podmínky. V tomto ohledu v posledních letech přestávala existující infrastruktura ÚPT vyhovovat.

Evropská dotace
Vědečtí pracovníci ústavu se rozhodli, že využijí jedinečné příležitosti a požádají o evropské peníze, které nabízí Operační program Výzkum a vývoj pro inovace (OP VaVpI). Žádost uspěla v silné konkurenci 44 dalších projektových záměrů předložených v první výzvě programu. Ke kladnému výsledku velkou měrou přispěly právě dosavadní úspěchy ÚPT a jeho orientace na aplikační sféru, která žádost podpořila řadou dopisů vyjadřujících zájem o další spolupráci.
Cílem projektu s názvem „Aplikační a vývojové laboratoře pokročilých mikrotechnologií a nanotechnologií“ (ALISI) je vytvořit vhodné podmínky pro výzkumné aktivity s potenciálem orientovaným na produkci aplikovatelných výsledků výzkumu a vývoje. Stěžejním zdrojem financování realizační fáze ALISI je dotace z OP VaVpI, oblast podpory 2.1 Regionální VaV centra, ve výši 432,9 mil. Kč.
Rozpočet projektu badatelé použijí na vybudování nové výzkumné infrastruktury v areálu ÚPT. Bude rekonstruováno 213 m2 stávajících laboratoří, vybudováno 1536 m2 nových laboratorních prostor a pořízeno přístrojové vybavení zahrnující špičkové moderní technologie, např. NMR spektrotomograf s magnetickým polem 9,4 T, elektronový litograf, magnetronové naprašovací zařízení, zkapalňovač helia, femtosekundový laserový systém a řadu dalších přístrojů. Nové prostory i přístrojové vybavení se bezodkladně zapojí do výzkumných aktivit, protože ÚPT zaměstnává špičkové odborníky příslušného zaměření.


Elektronová svářečka

Výzkumné aktivity laboratoří ALISI
Aktivity laboratoří ALISI se dělí do dvou výzkumných programů, jež propojují podobně orientované disciplíny.
První program se jmenuje Aplikované diagnostické metody a kromě řady diagnostických technik zahrnuje měření a zobrazování materiálů, struktur a povrchů. Svým rozlišením, přesností a měřítkem metody zkoumají objekty od makroúrovně až po nanosvět. Aktivita je primárně zaměřena na technickou sféru, ale zasahuje i vzorky biologické povahy. Klíčovými směry výzkumného programu jsou elektronová mikroskopie, rentgenová spektroskopie, magnetická rezonanční spektroskopie a tomografie, nanometrologie, optická konfokální mikroskopie, laserová spektroskopie a měření a zpracování signálů v medicíně.
Druhou část zaměření laboratoří ALISI pokrývá výzkumný program Pokročilé technologie. Jedná se o komplexní aktivitu zahrnující unikátní pokročilé technologie, které byly v Ústavu přístrojové techniky vyvinuty nebo rozvíjeny. Jde ze-jména o elektronovou litografii, vytváření nanovrstev magnetronovým naprašováním, optické mikromanipulační techniky pro bezkontaktní manipulace s nano­objekty a mikroobjekty, vakuové a kryogenní techniky, svařování obtížně spojitelných materiálů elektronovým a laserovým paprskem a technologii kyvet s ultračistými plyny.
Většina plánovaných činností navazuje na vybrané aplikovatelné výzkumné aktivity ÚPT a zejména využívá mnohaletých zkušeností vědeckých pracovníků ÚPT v těchto oborech.


Supravodivý magnet 4,7 T pro NMR 

Příležitosti projektu
Laboratoře, které by měly být plně v provozu již v roce 2013, představují silný impuls pro navázání, popř. rozšíření spolupráce s aplikačními partnery z řad průmyslových firem, vysokých škol, zdravotních ústavů a jiných výzkumných institucí. Spojení fyzikálně různorodých principů koncentrovaných v laboratořích ALISI nabízí neobyčejně komplexní záběr s mimořádným aplikačním potenciálem pro cílený smluvní a kolaborativní výzkum nových metod magnetické rezonance, laserových mikrotechnologií a nanotechnologií, měření a vyhodnocování biosignálů, elektronové mikroskopie a litografie, svařování elektronovým a laserovým paprskem, magnetronového naprašování a kryogeniky na cestě ke konstrukci unikátních přístrojů a systémů.
Nové laboratoře ALISI také významně přispějí k výchově odborníků v oborech rozvíjených v ÚPT, k aplikaci jejich poznatků z výukového procesu do praktické výzkumné činnosti a k jejich dalšímu odbornému růstu. Přístroje pořízené z prostředků projektu naleznou využití i při výuce studentů vysokých škol, především v doktorských studijních programech.
Pro zájemce o aktuální informace o laboratořích ALISI a v nich probíhajících výzkumných činnostech jsou k dispozici internetové stránky http://alisi.isibrno.cz. Na nich je možné nalézt další informace o historii projektu, jeho koncepci, aktuality z průběhu realizace a zejména podrobnou nabídku aplikačních příležitostí pro průmyslové partnery včetně kontaktů na členy realizačního i výzkumného týmu.
Jako inspirace k budoucí spolupráci poslouží i čerst­vě vydaná publikace Průvodce aplikačními možnostmi Ústavu přístrojové techniky AV ČR, v. v. i., která mapuje příležitosti k využití poznatků a dovedností výzkumného týmu ÚPT a ALISI v průmyslu, zdravotnictví a dalších oborech. V elektronické podobě je publikace volně k dispozici na výše zmíněných internetových stránkách.

BOHDAN RŮŽIČKA,
Ústav přístrojové techniky AV ČR, v. v. i.